本申請涉及一種學習型紅外遙控器對紅外信號的學習方法。

背景技術：
紅外遙控器（IRRemoteControl）是利用波長為0.76～1.5μm之間的紅外信號來傳送控制信號的遙控設備，在工業(yè)控制、家電領域的應用廣泛。所述紅外信號由電信號轉換而來，例如以紅外光的有、無分別表示電信號的高、低電平。而所述電信號是紅外控制碼調制到載波上所形成的調制信號。紅外控制碼通常包括：引導碼、系統(tǒng)碼、數據碼、系統(tǒng)碼補碼、數據碼補碼、同步碼等。其中，系統(tǒng)碼及其補碼、數據碼及其補碼通常用于表示遙控指令。請參閱圖1，遙控指令為一串二進制數字，紅外控制碼以高、低電平的組合來表示遙控指令。例如NEC協(xié)議格式定義：紅外控制碼中一個持續(xù)時間為0.5625ms的高電平與一個持續(xù)時間為0.5625ms的低電平的組合表示二進制數字0，一個持續(xù)時間為0.5625ms的高電平與一個持續(xù)時間為1.6875ms的低電平的組合表示二進制數字1。載波信號為方波信號。以脈沖調幅（PAM）方式將紅外遙控碼調制到載波上形成調制信號。脈沖調幅是指：紅外控制碼中的高、低電平分別以調制信號中的載波方波信號、低電平來表示。一旦得知紅外信號的以下四個特征：紅外控制碼中的引導碼和同步碼的電平格式、紅外控制碼中的系統(tǒng)碼及其補碼和數據碼及其補碼用什么電平組合表示二進制數字0和1、紅外控制碼中的系統(tǒng)碼及其補碼和數據碼及其補碼的實際電平狀態(tài)、以已知波形的信號作為載波信號的載波頻率，就可以完整地掌握該紅外信號。學習型紅外遙控器（Self-LearningIRRemoteControl）可用來模擬已有的紅外遙控器。其相當于鑰匙坯子，可以刻出任意形狀的鑰匙。只要將已有的紅外遙控器對準學習型紅外遙控器發(fā)射紅外信號，則學習型紅外遙控器就能掌握該紅外信號（稱為“學習”）并具有原遙控器的所有功能。學習型紅外遙控器分為兩類：固定碼格式學習的和波形拷貝方式學習的。前者需要預先收集大量已有的紅外遙控器的紅外信號，并保存每一種紅外信號的格式。在對某一種紅外遙控器的紅外信號學習時，就從已保存的紅外信號中尋找相應的格式進行解碼。 其缺點是只能對事先已收集的紅外信號進行學習。后者無須預先收集紅外信號的格式，其在對某一種紅外遙控器的紅外信號學習時，將紅外信號完全拷貝，然后自行判定其格式并保存。其優(yōu)點是可以學習任意的紅外遙控器，但對硬件的處理能力要求較高。現有的紅外學習型遙控器在以波形拷貝方式學習紅外信號時，直接過濾掉其中的載波，僅學習紅外控制碼，因而無法得知載波頻率。這就導致紅外學習型遙控器在發(fā)射所學習的紅外信號時，還需要通過輔助手段增加頻率準確的載波，并將所學習的紅外控制碼調制到載波上形成調制信號。

技術實現要素：
本申請所要解決的技術問題是提供一種紅外遙控器對紅外信號的學習方法，該方法屬于波形拷貝方式，既能學習紅外控制碼，也能學習載波頻率。為解決上述技術問題，本申請紅外信號的學習方法包括如下步驟：第1步，紅外收發(fā)模塊接收環(huán)境中的紅外信號，并向處理器輸出接收后的紅外信號；第2步，處理器從接收后的紅外信號中通過學習得到紅外控制碼的電平狀態(tài)、以及載波頻率。本申請另一種紅外信號的學習方法包括如下步驟：第1步，紅外收發(fā)模塊接收環(huán)境中的紅外信號，并向處理器和載波過濾模塊輸出接收后的紅外信號；第2步，處理器從接收后的紅外信號中通過學習得到載波頻率；第3步，載波過濾模塊將接收后的紅外信號轉換為紅外控制碼，并輸出給處理器；第4步，處理器從載波過濾模塊轉換的紅外控制碼中學習其電平狀態(tài)；上述方法第2步和第3步的順序可以互換。本申請給出了兩種不同的紅外信號的學習方法，分別適用于以軟件方式從接收后的紅外信號中學習到紅外控制碼、以硬件電路從接收后的紅外信號中轉換出紅外控制碼的情況。本申請可以同時得到紅外控制碼與載波頻率兩項參數，特別適用于學習型紅外遙控器對已有的紅外遙控器進行學習。附圖說明圖1是遙控指令與紅外控制碼的轉換、以及紅外控制碼調制到載波信號的示意圖；圖2是一種學習型遙控器的主要結構示意圖；圖3是本申請紅外信號的學習方法的第一實施例的流程圖；圖4是本申請紅外信號的學習方法的第一實施例的第1步信號示意圖；圖5是本申請紅外信號的學習方法的第一實施例的第2步第一種實現方式示意圖；圖6是本申請紅外信號的學習方法的第一實施例的第2步第二種實現方式示意圖；圖7是另一種學習型遙控器的主要結構示意圖；圖8是本申請紅外信號的學習方法的第二實施例的流程圖；圖9是本申請紅外信號的學習方法的第二實施例的第4步第一種實現方式示意圖；圖10是本申請紅外信號的學習方法的第二實施例的第4步第二種實現方式示意圖；圖11是本申請所學習到的紅外控制碼與原始的紅外控制碼存在細微差異的示意圖；圖12是本申請對所學習到的紅外控制碼進行整形的流程圖。圖中附圖標記說明：10為紅外收發(fā)模塊；20為處理器；30為載波過濾模塊。具體實施方式請參閱圖2，這是一種學習型紅外遙控器，包括：——紅外收發(fā)模塊10，接收環(huán)境中的紅外信號，并向處理器20輸出接收后的紅外信號。——處理器20，從接收后的紅外信號中通過學習得到紅外控制碼的電平狀態(tài)和載波頻率。這種學習型遙控器可由智能電子設備（如手機）來實現。紅外收發(fā)模塊10可集成到智能電子設備中，處理器20則可由智能電子設備的CPU兼任。請參閱圖3，上述學習型紅外遙控器對紅外信號的學習方法包括如下步驟：第1步，紅外收發(fā)模塊10接收環(huán)境中的紅外信號OutsideCarryPulseIn，并向處理器20輸出接收后的紅外信號（也稱載波頻率讀取信號）CarryPulseIn。請參閱圖4，所述紅外收發(fā)模塊10例如采用Vishay公司的TSMP77000紅外接收傳感器。當沒有檢測到環(huán)境中的紅外信號（即環(huán)境中的紅外信號始終為低電平）時，其始終輸出高電平。當檢測到了環(huán)境中的紅外信號，其輸出的接收后的紅外信號與環(huán)境中的紅外信號反相。因此，該型號的紅外收發(fā)模塊10的輸出（接收后的紅外信號）與輸入（環(huán)境中的紅外信號）整體而言是反相的。如果采用其他型號的紅外收發(fā)模塊10，則接 收后的紅外信號與環(huán)境中的紅外信號就整體而言也可能同相。第2步，處理器20從接收后的紅外信號CarryPulseIn中通過學習得到紅外控制碼的電平狀態(tài)（需先調整為與原始的紅外控制碼同相位）、以及載波頻率。請參閱圖5，這是上述方法第2步的第一種實現方式，以接收后的紅外信號與環(huán)境中的紅外信號反相為例。當處理器20檢測到接收后的紅外信號的第一個下降沿時啟動定時器計時，直至緊鄰的上升沿才停止計時，并記錄計時值t1。處理器20在停止計時的同時立即清零定時器并再次開始計時，直至緊鄰的下降沿才停止計時，并記錄計時值t2。以此類推，處理器20記錄t3、t4、……。直至處理器20在第n次開始計時后達到上限時間S后仍未檢測到緊鄰的下降沿，即出現t(n)≥S，則表明接收后的紅外信號中的載波方波信號已經結束，這表示對應的紅外控制碼的高電平已經結束。所述定時器可以是處理器20內部的定時器，或者是外設的定時器。用于紅外遙控的載波信號，其頻率在一定范圍內。假設載波方波信號的占空比為R，載波頻率的最低值為X，最高值為Y，則上限時間S的取值為S>(1-R)/X。通常R的取值在10%～50%之間，因此上限時間S的取值例如為1/X。處理器20從t1累加到t(n-1)再額外加一遍t(n-2)作為接收后的紅外信號中的載波方波信號的總時間T1，這表示真正的紅外控制碼的一個高電平（由載波方波信號調制）的總時間。處理器20還將計時值t(n)減去t(n-2)作為接收后的紅外信號中的低電平的總時間T2，這表示真正的紅外控制碼的一個低電平（無載波方波信號調制）的總時間。t(n-2)表示落在t(n)區(qū)間的一個載波方波信號的高電平部分，也可由t2、t4、……或其平均值代替。處理器20通過記錄真正的紅外控制碼的高、低電平順序及持續(xù)時間，即學習了紅外控制碼的電平狀態(tài)。理論上t1+t2=t3+t4=……，這就是載波方波信號的周期，因此其倒數就是載波方波信號的頻率f=1/(t1+t2)=1/(t3+t4)=……。但在實際環(huán)境下，t1+t2與t3+t4可能只是大致相等而具有細微差異。此時計算多個載波頻率取平均值即可，即載波頻率f=(n-2)/2×{(t1+t2)+…+[t(n-3)+t(n-2)]}。此處的n必定為偶數。請參閱圖6，這是上述方法第2步的第二種實現方式，仍以接收后的紅外信號與環(huán)境中的紅外信號反相為例。當處理器20檢測到接收后的紅外信號的第一個下降沿時啟動第一定時器計時。當處理器20檢測到接收后的紅外信號的第一個上升沿時啟動第二 定時器計時，直至緊鄰的下降沿才停止第二定時器的計時，并記錄計時值t2。隨后處理器20清零第二定時器，并在檢測到下一個上升沿時再次啟動第二定時器計時，直至緊鄰的下降沿才停止計時，并記錄計時值t4。以此類推，處理器20記錄t6、t8、……。直至處理器20在使第二定時器t(n)計時時，已達到上限時間S但仍未檢測到緊鄰的下降沿，即t(n)≥S，則表明接收后的紅外信號的方波信號已經結束，這表示對應的紅外控制碼的高電平已經結束。在第二定時器t(n)計時的停止點位置的接收后的紅外信號的下降沿，處理器20同時使第一定時器停止計時，第一定時器記錄計時值T。兩個定時器可以是處理器20內部的定時器，或者是外設的定時器。用于紅外遙控的載波信號，其頻率在一定范圍內。假設載波方波信號的占空比為R，載波頻率的最低值為X，最高值為Y，則上限時間S的取值為S>(1-R)/X。通常R的取值在10%～50%之間，因此上限時間S的取值例如為1/X。處理器20以T-t(n)+t(n-2)作為接收后的紅外信號中的載波方波信號的總時間，這表示真正的紅外控制碼的一個高電平（由載波方波信號調制）的總時間T1。處理器20還將t(n)-t(n-2)作為接收后的紅外信號中的低電平的總時間，這表示真正的紅外控制碼的一個低電平（無載波方波信號調制）的總時間。t(n-2)表示落在t(n)區(qū)間的一個載波方波信號的高電平部分，也可由t2、t4、……或其平均值代替。處理器20通過記錄真正的紅外控制碼的高、低電平順序及持續(xù)時間，即學習了紅外控制碼的電平狀態(tài)。在接收后的紅外信號中的載波方波信號的總時間T1中包含了n個載波方波信號，因此每個方波信號的周期為T1/n，對其取倒數就是載波方波信號的頻率f=n/T1。圖5、圖6所示的上述方法第2步的二種實現方式，都是以接收后的紅外信號與環(huán)境中的紅外信號反相為例，因此根據接收后的紅外信號所識別出的紅外控制碼還要經過反相后才是真正的紅外控制碼。如果接收后的紅外信號與環(huán)境中的紅外信號同相，顯然原理是共通的，只需要將各種計時的起點和終點處的接收后的紅外信號的上升沿與下降沿互換即可。此時，根據接收后的紅外信號所識別出的就是真正的紅外控制碼。圖3所示的紅外信號的學習方法的第一實施例完全由處理器20以純軟件的方式從接收后的紅外信號中學習紅外控制碼的電平狀態(tài)和載波頻率，這對處理器20的運算能力提出了較高要求。當接收后的紅外信號較長，例如500ms時，處理器20需要持續(xù)監(jiān)控其中的上升沿和下降沿以啟動或停止計時器。處理器20通常要同時處理多項任務， 可能在500ms內被打斷監(jiān)控過程，例如要響應系統(tǒng)時鐘等，這樣容易對紅外信號的學習造成干擾，同時給處理器20帶來較重的負擔。為了減輕處理器20的負擔，也可采用另一種學習型紅外遙控器，如圖7所示。其包括：——紅外收發(fā)模塊10，接收環(huán)境中的紅外信號，并向處理器20和載波過濾模塊30輸出接收后的紅外信號?！幚砥?0，從接收后的紅外信號中通過學習得到載波頻率，還從紅外控制碼中學習其電平狀態(tài)?！d波過濾模塊30，將接收后的紅外信號轉換為紅外控制碼，并輸出給處理器20。申請?zhí)枮?01320389091.3、申請日為2013年7月2日的中國實用新型專利申請就公開了圖7所示的學習型紅外遙控器，其中的紅外收發(fā)電路相當于本申請中的紅外收發(fā)模塊10，其中的載波平滑電路與信號識別電路的總和相當于本申請中的載波過濾模塊30。這種學習型遙控器也可由智能電子設備（如手機）來實現。紅外收發(fā)模塊10、載波過濾模塊30可集成到智能電子設備中，處理器20可由智能電子設備的CPU擔任。請參閱圖8，上述學習型紅外遙控器對紅外信號的學習方法包括如下步驟：第1步，紅外收發(fā)模塊10接收環(huán)境中的紅外信號OutsideCarryPulseIn，并向處理器20和載波過濾模塊30輸出接收后的紅外信號（也稱載波頻率讀取信號）CarryPulseIn。請參閱圖4，所述紅外收發(fā)模塊10例如采用Vishay公司的TSMP77000紅外接收傳感器。當沒有檢測到環(huán)境中的紅外信號（即環(huán)境中的紅外信號始終為低電平）時，其始終輸出高電平。當檢測到了環(huán)境中的紅外信號，其輸出的接收后的紅外信號與環(huán)境中的紅外信號反相。因此，該型號的紅外收發(fā)模塊10的輸出（接收后的紅外信號）與輸入（環(huán)境中的紅外信號）整體而言是反相的。如果采用其他型號的紅外收發(fā)模塊10，則接收后的紅外信號與環(huán)境中的紅外信號就整體而言也可能同相。第2步，處理器20從接收后的紅外信號CarryPulseIn中通過學習得到載波頻率。請參閱圖5，仍以接收后的紅外信號與環(huán)境中的紅外信號反相為例。當處理器20 檢測到接收后的紅外信號的第一個下降沿時啟動定時器計時，直至緊鄰的上升沿才停止計時，并記錄計時值t1。處理器20在停止計時的同時立即清零定時器并再次開始計時，直至緊鄰的下降沿才停止計時，并記錄計時值t2。當t1、t2均小于上限時間S時，t1+t2就是載波方波信號的周期，因此其倒數就是載波方波信號的頻率f=1/(t1+t2)。為確保準確，還可以同樣方式進行多次計時，并以求平均值的方式得到載波頻率。第3步，載波過濾模塊30將接收后的紅外信號轉換為紅外控制碼，并輸出給處理器20。申請?zhí)枮?01320389091.3、申請日為2013年7月2日的中國實用新型專利申請的圖1就公開了一種以硬件電路實現的載波過濾模塊30，其可將載波頻率讀取信號（即接收后的紅外信號）CarryPulseIn轉換為表征紅外遙控信號有無的PulseIn信號（即轉換后的紅外控制碼）輸出。該轉換后的紅外控制碼與真正的紅外控制碼就整體而言是反相的。上述方法第2步和第3步的順序可以互換。第4步，處理器20從載波過濾模塊30轉換的紅外控制碼（需先調整為與原始的紅外控制碼同相位，稱為學習到的紅外控制碼）中學習其電平狀態(tài)。請參閱圖9，這是上述方法第4步的第一種實現方式，以轉換后的紅外控制碼與真正的紅外控制碼反相為例。當處理器20檢測到轉換后的紅外控制碼的第一個下降沿時啟動定時器計時，直至緊鄰的上升沿才停止計時，并記錄計時值T1。處理器20在停止計時的同時立即清零定時器并再次開始計時，直至緊鄰的下降沿才停止計時，并記錄計時值T2。以此類推，處理器20記錄T3、T4、……。所述定時器可以是處理器20內部的定時器，或者是外設的定時器。T1、T3、……就是真正的紅外控制碼的每個高電平的時間，T2、T4、……就是真正的紅外控制碼的每個低電平的時間。處理器20通過記錄真正的紅外控制碼的高、低電平順序及持續(xù)時間，即學習了紅外控制碼的電平狀態(tài)。請參閱圖10，這是上述方法第4步的第二種實現方式，仍以轉換后的紅外控制碼與真正的紅外控制碼反相為例。當處理器20檢測到轉換后的紅外控制碼的第一個下降沿時啟動定時器計時，隨后每當處理器20檢測到上升沿或下降沿時不停止計時，但均記錄當時的計時值T1、T2、……。處理器20將相鄰的兩個計時值T(k-1)、T(k)的靠后者T(k)減去靠前者T(k-1)即得到真正的紅外控制碼的各個高、低電平的持續(xù)時間。處理器 20通過記錄真正的紅外控制碼的高、低電平順序及持續(xù)時間，即學習了紅外控制碼的電平狀態(tài)。圖9、圖10所示的上述方法第4步的二種實現方式，都是以轉換后的紅外控制碼與真正的紅外控制碼反相為例。如果采用其他類型的載波過濾模塊30，則轉換后的紅外控制碼與真正的紅外控制碼也可能同相，此時學習其電平狀態(tài)顯然原理是共通的，只需要將各種計時的起點和終點處的轉換后的紅外控制碼的上升沿與下降沿互換即可。圖8所示的紅外信號的學習方法的第二實施例由于增加了載波過濾模塊30，因而使得成本增加、設計復雜。但新增的載波過濾模塊30通過硬件電路實現了將接收后的紅外信號轉換為紅外控制碼的工作，這使得處理器20只需要從接收后的紅外信號中學習載波頻率，因而大大減輕了處理器20的負擔，從而對其計算能力的要求降低。圖3和圖8給出了本申請紅外信號的學習方法的兩個實施例，其經過軟件處理或硬件電路所學習到的紅外控制碼（除了反相、同相問題以外）與原始的紅外控制碼之間不可避免地會存在細微差異，如圖11所示。這是由于紅外信號發(fā)射電路的誤差、紅外信號在環(huán)境中傳播遇到的干擾、紅外信號在接收傳感器中引入的干擾等造成的。為此，本申請紅外信號的學習方法的第一實施例的第2步中、第二實施例的第4步中，優(yōu)選地處理器20先對所學習（或轉換）到的紅外控制碼進行整形，再學習其電平狀態(tài)。通過分析大量現有的紅外遙控器的紅外控制碼的格式，申請人發(fā)現不同格式的紅外控制碼的高電平之間、低電平之間的寬度差異均在50%以上，因此本申請為高電平、低電平均設置一個容忍系數，優(yōu)選的取值范圍為5%～20%。當學習到的同一個紅外控制碼中的不同高電平、不同低電平的寬度差異在所述容忍系數范圍內，則將其規(guī)整為高電平、低電平的標準寬度，所述標準寬度由寬度差異在所述容忍系數范圍內的多個高電平、低電平取平均值而得。請參閱圖12，上述對學習到的紅外控制碼進行整形的方法為：第1步，處理器20讀取學習到的紅外控制碼的第一個高電平的寬度和緊鄰的低電平的寬度，并記錄為第一信號種類；第2步，隨后，處理器20依次讀取學習到的紅外控制碼的下一個高電平的寬度和緊鄰的低電平的寬度；當該高電平的寬度與已記錄的任何信號種類的高電平的寬度的差異在一定范圍內， 且該電平之后緊鄰的低電平的寬度與該同一信號種類的低電平的寬度的差異也在一定范圍內，則將該高電平與緊鄰的低電平歸類為該信號種類；同時將該信號種類的高電平值、低電平值分別改為該信號種類中所有信號的高電平、低電平的平均值；所述平均值包括算術平均數、加權算術平均數等。否則，將該高電平與緊鄰的低電平記錄為新的信號種類；第3步，重復第2步直至讀取到學習到的紅外控制碼的最后一個電平。通過上述方法得到的所有信號種類就對應于紅外控制碼中的引導碼、系統(tǒng)碼及其補碼和數據碼及其補碼的0、1、同步碼等。第4步，處理器將學習到的紅外控制碼中的每一個信號（一個高電平與緊鄰的低電平的組合）都以已記錄的一個信號種類的高電平值與低電平值的組合來替代，最終將學習到的紅外控制碼進行規(guī)整化。通過分析大量現有的紅外遙控器的紅外信號（調制信號），申請人還發(fā)現許多紅外信號會重復發(fā)送代表同一個遙控指令的紅外控制碼，這通常是相應地紅外遙控協(xié)議所規(guī)定的。為了減少學習型遙控器的存儲量，優(yōu)選地可以對所學習到的紅外控制碼進行去重，然后再學習其電平狀態(tài)并保存在存儲器中。所述去重可以采用現有的KMP匹配算法等。以上僅為本申請的優(yōu)選實施例，并不用于限定本申請。對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。